電鍍廢鹽酸處理方法研究

胡曉波，張少紅，孫雙躍，穆 瑩，陳亞鵬

（1.河北正潤環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050000；2.河北省環(huán)境科學研究院，河北石家莊 050000；3.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院，河北石家莊 050000）

電鍍廢鹽酸處理方法研究

胡曉波1，張少紅1，孫雙躍1，穆 瑩2，陳亞鵬3

（1.河北正潤環(huán)境科技有限公司，河北石家莊 050000；2.河北省環(huán)境科學研究院，河北石家莊 050000；3.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院，河北石家莊 050000）

在電鍍企業(yè)中，大部分工藝加工過程中使用鹽酸來清洗加工元件的表面的鐵銹，導(dǎo)致廢鹽酸的產(chǎn)生。這些電鍍廢酸的妥善處理是人們一直以來所關(guān)心的問題。通過對酸鐵比的調(diào)節(jié)及計算，以及鐵含量的調(diào)節(jié)及計算，并通過系列的過程控制及品質(zhì)調(diào)節(jié)，最終用廢鹽酸制備出了比重、鐵含量以及鹽基度等各方面符合國家標準的水處理劑產(chǎn)品。

電鍍；三氯化鐵；處理

1 電鍍廢酸的由來及其危廢屬性

在鋼鐵加工業(yè)中，工藝要求用酸對其進行清洗除銹，產(chǎn)生大量廢酸，一些酸含量較低，鐵含量較高，常規(guī)回收方法利用耗費大，偷排的電鍍廢酸環(huán)境危害極大[1]。目前電鍍廢酸的處理方法有蒸餾法[2]、焙燒-吸收法、溶劑萃取法和氯氣氧化法。這些方法存在設(shè)備需求高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴重等諸多問題，導(dǎo)致酸洗廢液的綜合利用受到一定阻礙[3]。

新的方法以氧為氧化劑，廢鹽酸為原料，選用復(fù)合催化劑，實現(xiàn)了三氯化鐵和聚合氯化鐵的非氯氧化法制備，在處理過程中，由于廢鹽酸品質(zhì)不一，必須進行調(diào)整原料組成，才能保證反應(yīng)順利進行[4]。

2 除銹廢鹽酸品質(zhì)調(diào)節(jié)的方法

在環(huán)保政策的約束下，廢酸調(diào)節(jié)的原則是根據(jù)我們現(xiàn)有的廢酸原料進行調(diào)節(jié)后制備出符合國家標準和行業(yè)標準的鐵系水處理劑，使廢酸能夠變廢為寶，實現(xiàn)廢酸處理的資源化。三氯化鐵沒有鹽基度，因此只需將電鍍廢酸原液的酸鐵比調(diào)節(jié)成1∶1即可。與三氯化鐵不同的是，聚合氯化鐵具有一定鹽基度，因此酸鐵比不能調(diào)節(jié)成1∶1。要使酸稍微少一些，讓生成的鐵鹽部分水解形成羥基，才能將三氯化鐵分子聚合形成多核羥基絡(luò)合物，即聚合氯化鐵。因此需將電鍍廢酸原液中的酸鐵比調(diào)節(jié)至0.802～0.841。

3 實驗過程

3.1 試劑與儀器

3.1.1 試劑與材料

廢鹽酸（深州宏利公司），亞硝酸鈉，氧氣，硫酸，高錳酸鉀，重鉻酸鉀，二苯胺磺酸鈉，鹽酸，氯化亞錫，氯化汞，酚酞，乙醇，氟化鉀。

3.1.2 儀器

YP10001電子天平，DF-10S集熱式磁力恒溫加熱攪拌器，壓力表，酸式、堿式滴定管，量筒，錐形瓶，燒杯。

3.2 廢酸的調(diào)節(jié)方法

要對廢酸進行調(diào)節(jié)首先要對廢酸中的相關(guān)組分進行測定，所以先對同一公司兩種不同廢酸的二價鐵離子和游離酸進行測定，測定結(jié)果如下表所示：

表1 第一種廢酸的測定結(jié)果

表2 第二種廢的酸測定結(jié)果

表1中的第一種廢酸是進行一次電鍍后的廢酸，表2中的第二種廢酸是進行多次循環(huán)利用后的廢酸。兩種廢酸的游離酸與二價鐵濃度不同，因此需要根據(jù)實際情況采取不同的調(diào)節(jié)方式。在工業(yè)實驗中多用第二種廢酸作為調(diào)節(jié)原料。

3.2.1 鐵含量的調(diào)節(jié)及其計算

根據(jù)三氯化鐵的國家標準，三氯化鐵的比重為1.40～1.46g/cm3，含量為35%～40%。鐵在三氯化鐵中的比例為34.4%，因此三氯化鐵中鐵的含量為12.04%～13.76%，即鐵的摩爾濃度為3.018～3.597mol/L。廢酸中鐵的濃度為1.14 mol/L，因此我們在實驗室進行調(diào)節(jié)時需要加入鐵屑來對其進行調(diào)節(jié)。則第一種酸液中需要加入鐵屑的量為1.878～2.457mol/L，第二種酸液中鐵含量可以不做調(diào)節(jié)。

同法可得，如想要制備符合標準的聚合氯化鐵，其比重為1.305～1.306g/cm3，三氧化二鐵的含量為14%～15%，鐵在三氧化二鐵中的比例為69.9%，因此聚合氯化鐵中鐵的含量為9.786%～10.48%，即鐵的摩爾濃度為2.29～2.45mol/L，同樣需添加鐵屑來進行調(diào)節(jié)。則第一種酸液中需要加入鐵屑的量為1.15～1.31mol/L。第二種酸液中鐵含量高于標準，在制備中可考慮對其進行稀釋至所需濃度。

在工業(yè)生產(chǎn)時考慮到酸液與鐵屑反應(yīng)會產(chǎn)生大量氫氣，氫氣與氧氣加熱會發(fā)生爆炸，還會對設(shè)備造成較為嚴重的腐蝕。因此在工業(yè)實驗時我們采用七水合硫酸亞鐵晶體代替鐵屑，既保證了鐵含量的增加又保證了生產(chǎn)的安全性。七水合硫酸亞鐵是生產(chǎn)鈦白粉的副產(chǎn)物，廉價易得還可以達到以廢治廢的目的。

3.2.2 酸鐵比的調(diào)節(jié)原理及其計算

通過含量測定和理論計算，第一種廢酸，每升廢酸加1.153 mol的鐵屑后可將酸鐵比調(diào)至1∶1，調(diào)整后的酸與鐵的濃度均為2.29mol/L，低于理想濃度，因此在制備出三氯化鐵后可根據(jù)需要進行減壓濃縮至所需濃度。

第二種酸液仍然先將酸鐵摩爾比調(diào)節(jié)至1∶1，則需加入的鹽酸為3.24-1.5=1.74mol，即需加入1.74mol鹽酸，則需用12.25mol/L的鹽酸0.142L，故調(diào)節(jié)后的酸與鐵的濃度均為2.837mol/L，略低于標準，可在制備出三氯化鐵后進行減壓濃縮至所需濃度。

第一種廢酸制備聚合氯化鐵，配1L合適酸鐵比酸液，需加入0.875～0.953L原料酸洗廢液，1.29～1.363mol鐵屑，再加適量水補充至1 L即可。

第二種廢酸配置聚合氯化鐵，需加入0.707～0.756L原料酸洗廢液，0.379～0.526mol鹽酸，再補充適量水至1 L即可。

3.3 制備過程

3.3.1 三氯化鐵的制備

裝置組裝方法：首先將溫度計插入到三口瓶的中間瓶口，將恒壓液滴漏斗插入到右邊瓶口中，氧氣瓶用玻璃管與橡膠管導(dǎo)入至左邊瓶口中，并用帶膠管的塞子塞住恒壓滴液漏斗的上口，膠管另一端連接一側(cè)有漏斗的U型管。

制備過程：先將100 mL調(diào)節(jié)好的比例為1∶1的酸液加入到250mL三口燒瓶中，用少量的水溶解酸洗廢液總質(zhì)量千分之三的亞硝酸鈉晶體，然后倒入旋塞關(guān)閉的恒壓滴液漏斗中；打開恒溫加熱攪拌器的開關(guān)，調(diào)節(jié)溫度在60～75℃，當溫度達到60℃時打開氧氣管閥門，調(diào)節(jié)大小使氣泡連續(xù)均勻冒出，打開恒壓滴液漏斗旋塞，慢慢地滴加催化劑。

當反應(yīng)進行一段時間后，取1mL反應(yīng)液，將其稀釋至100mL，用0.05mol/L的酸性高錳酸鉀溶液滴定，記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)二價鐵含量來確定反應(yīng)終點。

3.3.2 聚合氯化鐵的制備

向三口瓶中加入100 mL調(diào)節(jié)好比例的酸洗廢液和總質(zhì)量1%的磷酸。然后用少量的水溶解酸洗廢液總質(zhì)量千分之三的亞硝酸鈉晶體，然后倒入旋塞關(guān)閉的恒壓滴液漏斗中；先打開恒溫加熱攪拌器的開關(guān)，調(diào)節(jié)溫度在60～75℃，當溫度達到60℃時打開氧氣管閥門，調(diào)節(jié)大小使氣泡連續(xù)均勻冒出，打開恒壓滴液漏斗旋塞，慢慢地滴加催化劑。

當反應(yīng)進行一段時間后，取1mL反應(yīng)液，將其稀釋至100mL，用0.05mol/L的酸性高錳酸鉀溶液滴定，記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)二價鐵含量來確定反應(yīng)終點。

3.4 實驗結(jié)果

中試時對三氯化鐵進行了檢測，檢測結(jié)果如表3所示：

該產(chǎn)品質(zhì)量符合中華人民共和國GB4482—2014標準，絮凝效果優(yōu)良。

表3 三氯化鐵檢測結(jié)果

中試時對聚合三氯化鐵進行了檢測，雖然實驗過程中加入了七水合硫酸亞鐵，但由于加入量較少，故檢測標準仍以聚合氯化鐵標準為依據(jù)，檢測結(jié)果如表4所示：

表4 聚合氯化鐵檢測結(jié)果

該產(chǎn)品質(zhì)量符合目前行業(yè)聚合氯化鐵工業(yè)標準，絮凝效果優(yōu)良。

4 結(jié)束語

在實驗室與工業(yè)實驗中，經(jīng)過各種品質(zhì)調(diào)節(jié)和過程的控制制備了含量、比重、鹽基度等各種指標都符合國家標準的三氯化鐵和聚合氯化鐵。最終制得的產(chǎn)品三氯化鐵和聚合三氯化鐵既消除了酸洗廢液對環(huán)境的危害，降低了企業(yè)處理危廢成本，又能作為水處理的藥劑，實現(xiàn)了危險廢棄物的資源化利用，有利于保護環(huán)境。

[1] 黃萬撫，何善媛.鋼鐵酸洗廢水處理與回收利用[J].冶金叢刊，2005，28（5）：33-36.

[2] 楊春鎖，方循華.梅山冷軋酸洗廢水實行蒸餾處理[J].上海節(jié)能，2001，1919（2）：35-39.

[3] 孟祥和，胡國飛.重金屬廢水處理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000：191-209.

[4] 楊運泉，田皓，王浩.利用鹽酸酸洗廢液非氯氧化制取三氯化鐵的工業(yè)實驗[J].湖南冶金，1994，22（2）：24-26.

Study on Treatment Method of Electroplating Waste Hydrochloric Acid

Hu Xiao-bo，Zhang Shao-hong，Sun Shuang-yue，Mu Ying，Chen Ya-peng

Hydrochloric acid is used to most of the hydrochloric acid process in electroplating enterprises，leading to waste hydrochloric acid.Dealing with the waste hydrochloric acid is a problem that people have always been concerned about.Not only throughing to the adjustment and calculation about waste hydrochloric acid and content of iron，but also Through the process control and quality control of the series，water treatment conforming to national standards is preparated in the end.

electroplating；trichloride；treatment

X781.1

A

1003–6490（2017）10–0187–02

2017–07–16

河北省環(huán)境科學研究院2015年河北省科學技術(shù)廳課題“河北省鋼鐵制品產(chǎn)業(yè)廢酸資源化應(yīng)用示范研究”（15273818）。

陳亞鵬（1970—），男，河北石家莊人，教授，主要研究方向經(jīng)濟化學品合成與污染治理。